Etude du rôle de STING dans la biologie des lymphocytes T CD4 : application en immunothérapie anticancéreuse

Role of STING in the biology of CD4 T lymphocytes : application in anticancer immunotherapy

• Auteur / Autrice : Isis Benoit-Lizon
• Direction : Lionel Apetoh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 22/01/2021
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche Translationnelle en Médecine moléculaire (CTM) (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Yann Godet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dieudonnée Togbe, Laurent Gros
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Virginie Lafont, Nicolas Fazilleau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytokines

Interférons

Réticulum endoplasmique

Cancer

Mots clés libres

Cd4

Sting

Cancer

Résumé

La reconnaissance des signaux de danger par les récepteurs PRR exprimés par les cellules immunitaires innées est cruciale pour la mise en place d’une réponse immunitaire adaptative efficace. STING (Stimulator of Interferon genes) est une protéine localisée dans le réticulum endoplasmique caractérisée en 2008 comme étant indispensable pour la détection des ADN cytosoliques et l’établissement d’une réponse immunitaire antivirale médiée par les Interférons (IFN) de type I. La protéine STING joue également un rôle clé dans la mise en place des réponses immunitaires antitumorales spontanées et l’administration de ligands de STING chez des souris porteuses de tumeurs permet le contrôle de la croissance tumorale. Ces observations sont vérifiées dans le cadre d’essais cliniques chez des patients atteints de mélanome, illustrant le potentiel thérapeutique de l’activation de STING en immunothérapie anticancéreuse.Toutefois, les mécanismes expliquant l’efficacité antitumorale des ligands de STING restent peu clairs. In vivo, les ligands de STING conduisent à l’activation des cellules dendritiques qui sont ensuite responsables de la mise en place de la réponse immunitaire adaptative. Si les lymphocytes T CD8 cytotoxiques présentent de fortes propriétés antitumorales, les lymphocytes T CD4, dits auxiliaires, sont également essentiels pour la mise en place d’une réponse immunitaire antitumorale efficace. La voie de signalisation STING a surtout été décrite dans les cellules myéloïdes. Néanmoins, plusieurs études ont montré que celle-ci était fonctionnelle au sein des lymphocytes T. Le rôle intrinsèque de STING sur les propriétés effectrices et antitumorales des lymphocytes T CD4 reste cependant mal caractérisé.Mes travaux ont permis de montrer que les ligands de STING augmentent respectivement la sécrétion d’IL-9 et d’IFN-γ par les lymphocytes TH9 et TH1, deux sous-types de cellules T CD4 dotés d’une forte activité antitumorale, et ce de manière dépendante de STING. Au niveau moléculaire, j’ai pu établir que STING module les fonctions effectrices de ces deux sous types à travers différents mécanismes : un axe IRF3-IFN-β pour les cellules TH1 et un axe indépendant des IFN type I pour les cellules TH9, mais dépendant de la voie mTOR. Les effets antitumoraux in vivo du ligand de STING 2’3’-cGAMP semblent impliquer les lymphocytes T CD4 ainsi que les cytokines effectrices spécifiques des TH1 et TH9, l’IFN-γ et l’IL-9 respectivement. Enfin, dans un contexte de transfert adoptif passif chez des animaux porteurs de mélanome, l’activation de STING permet d’augmenter les effets antitumoraux des cellules TH9. Ces données indiquent un nouveau rôle intrinsèque pour STING dans la modulation de la différenciation des lymphocytes T CD4 et de la mise en place de la réponse immunitaire adaptative antitumorale.

Recognition of danger signals by intracellular or extracellular receptors expressed by innate immune cells is crucial for the establishment of an effective adaptive immune response. STING (Stimulator of Interferon Genes) is a protein located in the endoplasmic reticulum discovered in 2008 as being essential for the detection of cytosolic DNAs and the establishment of antiviral immune response mediated by type I interferons (IFNs). The STING protein also plays a key role in spontaneous anti-tumor immune responses and the administration of STING ligands in tumor-bearing mice favors tumor growth control. These observations have been verified in clinical trials in patients with melanoma, illustrating the therapeutic potential of activating STING in cancer immunotherapy.However, the mechanisms explaining the antitumor efficacy of STING ligands remain unclear. In vivo, STING ligands lead to dendritic cell activation. Dendritic cells are then responsible for setting up the adaptive immune response. While cytotoxic CD8 T lymphocytes have strong anti-tumor properties, helper CD4 T lymphocytes are also essential for the establishment of an effective anti-tumor immune response. The STING signaling pathway has mainly been described in myeloid cells, however several studies have shown that STING signaling pathway is functional in T lymphocytes. However, the intrinsic role of STING on the effector and antitumor properties of CD4 T lymphocytes remains unclear.My work reveals that STING ligands respectively increase the secretion of IL-9 and IFN-γ by TH9 and TH1 lymphocytes, two CD4 T cell subsets ascribed with potent anti-tumor activity, in a STING-dependent manner. Mechanistically, I was able to establish that STING modulates the effector functions of these two subtypes through different mechanisms: an IRF3-IFN-β axis for TH1 cells and an IFN-β-independent but mTOR-dependent axis for TH9 cells. In vivo antitumor effects of the STING ligand 2'3'-cGAMP involves CD4 T cells as well as the specific effector cytokines of TH1 and TH9, IFN-γ and IL-9 respectively. Finally, in the context of passive adoptive transfer in melanoma-bearing animals, activation of STING increases the antitumor effects of TH9 cells. These data indicate a new intrinsic role for STING in the modulation of the differentiation of CD4 T lymphocytes and the development of the adaptive anti-tumor immune response.